石英砂岩
重矿物
石英砂岩是一种沉积岩,其碎屑物质中含有超过90%的石英颗粒,少量可能包括长石、岩屑等,化学成分以高含量的SiO2为主,可达95%-99.5%。石英砂岩常呈现稳定的结构,主要由石英颗粒组成,少量重矿物如电气石、错石等。
石英砂岩常见胶结物为硅质,碳酸根等,还可能含有铁质、石膏磷酸盐海绿石。石英砂岩具有良好的磨圆度和分选性,波痕、交错层理发育,是长期或反复侵蚀、搬运的产物。这种沉积岩颜色与胶结物和杂质颜色有关,在不同层位上呈现不同颜色,反映不同的沉积环境和颗粒成熟度。
石英砂岩具有广泛的用途,包括玻璃制造、陶瓷和耐火材料、建筑领域如混凝土、水泥、筑路材料等。在化工领域,可用于硅化合物、硅酸钠等原料制备;同时在机械行业,用作铸造型砂主要原料,研磨材料等。此外,石英砂岩还广泛应用于电子、橡胶、塑料、涂料、金属表面处理、水过滤容器等领域。
简介
石英砂岩系沉积岩由石荚颗粒经粘土、碳酸根、铁质、硅质胶结物胶结而成。按其胶结物的成分,可分为粘土砂岩、钙质砂岩、硅质砂岩等,其中以硅质砂岩成分较纯。按其中的长石、岩屑含量,可分为石英砂岩、长石质石英砂岩、岩屑质石英砂岩、长石碎屑质石英砂岩。石英砂岩通常用于玻璃和冶金的辅助原料。
砂岩(杂砂岩)基本类型的划分是根据主要的陆源碎屑组分,没有考虑次要矿物和特殊矿物,砂岩中含有这些矿物时,可采用附加定名,如海绿石石英砂岩等。
矿石化学成分:二氧化硅97.30一97.32%,氧化铝0.97~1.04%,氧化铁0.62~0.67%,氧化钙0.034—0.043%,五氧化二磷0.003%。吸水率1.01~2.55%,耐火度1716—1723℃。
构造
(1)构成砂岩峰林的地层为中泥盆统云台观组和上泥盆统黄家磴地,岩性为巨厚层或厚层石英岩状砂岩夹薄层粉砂岩等,其石英含量高达90%以上,且其胶结物多为铁质、硅质等,石英和铁、硅质胶结物的化学性质在表生环境下十分稳定,具较强的抗蚀性,另一方面,由于它具有坚硬的物质特性,构成峰柱的坚固的基座。而黄家磴组顶部铁质胶结的紫红色厚层石英砂岩(状铁矿层)组成峰顶的顶盖,就象给峰柱戴上了坚固的安全帽,形成名副其实的“铁帽”。所有这些,都是石英砂岩峰林地貌得以形成并保存至今的物质基础,在巨厚层石英砂岩中,存在着若干层薄层粉砂质软弱层,因其抗风化侵蚀的能力软弱,易于风化剥蚀。软弱层的存在,一方面降低了峰柱的坚固程度,但同时也有利于单个峰柱的雕塑造型,形成众多栩栩如生的拟人拟物的造型地貌。
(2)高角度裂隙的发育,是砂岩峰林地貌形成的必要条件。本区属典型的地台型构造。巨厚层石英砂岩、由于抗剪强度低,加之产状平缓,共轭垂裂特别发育,经历多次构造运动,导致区内不同方向、不同性质、不同规模的断裂或裂隙纵横交错,为日后的外营力地质作用开辟了道路。
样品
(3)所处的特殊构造地位,是砂岩峰林地貌形成的重要因素。特殊的构造条件,控制着砂岩峰林地貌的总体分布。砂岩峰林地貌集中分布于三官寺向斜扬起端的天子山一带和桑植县和斜扬起端的峰峦溪,它们都是位于相同的构造部位,既北东东向宽缓向斜的扬起端,有北北东向褶皱迭加,使得北东东向向斜扬起端地层被进一步抬平,由于产状平缓,使得岩层之间不易产生重力滑动,有利于峰柱地貌的稳定。 (4)新构造运动的抬升,是砂岩峰林地貌形成的动力因素。第三纪以来的新构造运动,是该区不断地产生间歇性抬升,地壳的抬升、导致侵蚀基准面的下降,使得该区水动力作用加剧,流水最终切穿高角度的节理或构造裂隙软弱带,形成今日之石英砂岩缝林地貌景观。
形成
形成过程砂岩峰林地貌的地史时期,由于地壳缓慢的间歇性抬升,经受流水长期侵蚀切割的结果。其发展演变经历了平台、方山——峰墙——峰丛、峰林——残林4个主要阶段。
方山、平台:石英砂岩峰林地貌形成的最初阶段,为边缘陡峭、相对高差几十至四百米、顶面平台的地貌类型,顶面由坚硬的黄家磴组含铁石英砂岩构成。如天子山、黄石寨、腰子寨等处的平台方山地貌。峰墙:随着侵蚀作用的加剧,沿岩石共轭节理中发育中发育规模较大的一组节理形成溪沟,两侧岩石陡峭,形成峰墙,如百丈崖既属此类型。
地貌特征
(1)下三叠统厚层白云质灰层,是溶洞形成的物质基础,该区最著名的黄龙洞和九天洞,均发育与三叠系大理石中,该区地层为连续沉积,厚度大,且间夹有若干层抗化学侵蚀能力较强的白云岩白云质灰岩粉砂岩夹石,有利于多层结构的岩溶洞穴地貌的形成。 (2)地台型共轭垂直节理。为洞穴地貌的形成开笔了道路。渗入地下的酸性水,在漫长的地质年代中将断层缓慢溶蚀。就是以这种蚂蚁肯骨头的精神,顽强地在灰岩中开凿出迂回曲折的洞穴地貌景观。
(3)地壳的间歇性抬升,形成了该区溶洞的多层式结构,黄龙洞的三层楼结构,标志着该区自完4第三纪以来,至少经理了三次明显的地壳间歇性上升运动。
砂岩装饰
产品含有石英砂岩颗粒。工艺摆设、园林雕塑、喷泉雕塑、浮雕壁画、壁炉、罗马柱、砂岩花盆、砂岩线条、艺术砖饰”砂岩---天然洞石与手工雕琢的完美结合,展现了永恒的经典殿堂,也体现了艺术家才华横溢的唯美创作空间,每件艺术品都蕴含着古典文化的烙印,是完美与艺术的结晶。人造岩艺术产品,不但具有天然石材质地坚硬、耐磨、极具重量感的特征,更为难得的是它表面的质感以及强烈的可塑性和表现力。可使其尽显各种不同的艺术风格。其在建筑和装饰空间中,表现出的自然装饰性效果及艺术内涵,是其它装饰材料所无法比拟的
选矿工艺
通过对国内石英砂岩选矿工艺的分析,提出了湿式棒磨与预先控制筛分形成回路、脱泥、中磁、分级的工艺流程,可使含氧化铁为0.20%的原矿经过一次选别后,Fe2O3含量为0.09±0.005%的石英精砂。石英砂岩是一种含硅丰富,中等莫氏硬度熔点高,高温下熔化形成的玻璃态物质,具有透明度的特点,被广泛地用于玻璃、陶瓷、冶金、铸造工业领域。随着玻璃、陶瓷、冶金、铸造工业的日益高档化,对石英砂岩的需求量越来越大,受资源限制及石英砂岩层普遍受次生节理裂隙铁质侵染,石英砂岩Fe2O3含量普通偏高,高质量的石英砂岩较少。因此石英砂岩的选矿提纯受到企业的高度重视,我们对石英砂岩的选矿工艺进行了技术发改造。
分类
石英砂岩最突出特征是石英碎屑占90%以上,含有少量长石和燧石等岩屑。重矿物含量极少,往往不超过干分之几,且多为稳定组分,通常由极圆的锆石电气石金红石等组成,有时有钛铁矿及其衍生的白钛石
石英大都为单晶石英,至于多晶石英和波状消光石英,似乎都比单晶石英稳定性差,它们所占比例趋于减少。大部分石英碎屑常磨得很圆,表面光泽暗淡呈雾状,大小均一,分选良好,缺少泥质。这些砂岩在成分和结构上的成熟度很高表明,它是接近理沦上砂岩演化的终极产物。
石英碎屑在许多方面是各不相同的,确定它们的这些特征,对于描述象石英砂岩这样的,含其他矿物很少的岩石以及推断它们的可能来源都有一定帮助。
几乎所有石英均含包裹体,因此,按照包裹体的种类和含量,可将石英颗粒大致区别开来:
(1)规则包体:这种包体在一般情况下是可以辨认的。它们通常是长石、云母、磁铁矿磷灰石、锆石等;
(2)针状包体:当其为非常细长的柱状晶体寸,矿物性质极难鉴定,但根据一般记载可能是电气石金红石硅线石蓝晶石。它们在石真内常有一定方位,可呈平行排列或放射状排列。
(3)液体和气体小球状包体:比较大的液体小球呈流动状态,在高倍镜下,根据其透明性质和很低的负突起可以识别。
(4)不透明尘状包体:这种尘状包体可多到使原来透明的碎屑石英成为云雾状,其至完全变暗。
根据石英砂岩胶结物的成分,可将石英砂右进一步分类和命名,如铁质石英砂岩,钙质石英砂岩及硅质石英砂岩等。在砟质石英砂扑中,根据胶结物性质义可划分以下三种:
(1)硅石质石英砂岩:简称石英砂岩,砧质胶结物常为蛋白石玉髓,砰屑石英才;具或很少次生加大现象。
(2)石英岩状砂岩:大部分碎屑石英具次生加大现象。
(3)沉积石英岩:几乎全部碎屑石英具次生加大现象。这种岩石不具有能反射光线的、边缘尖锐的小晶面,因此,在阳光下有明亮的“闪光”。由于具有很强的凝聚性,当岩打破碎时,断口会切穿颗粒,而不绕过颗粒。它在物理性质上的特点是坚硬,耐久、能抵抗侵蚀,在地貌上通常形成陡峭的高山峻岭,构成天然屏障。
许多石英砂岩,尤具是硅质胶结的砂岩,其氧化硅的含量很高,可达99%。甚至更多。但那些含有方解石硬石膏的砂岩,氧化硅的百分含量,由于加入了CaO与CO2或SO3,而有不同程度的降低。
另外,根据石英砂岩中含有的长石和岩屑含量可以将石英砂岩划分为长石质石英砂岩、岩屑质石英砂岩和长石岩屑质石英砂岩。
长石质石英砂岩:长石的含量多于岩屑,一般为5~25%,常见正长石和酸性斜长石,而岩屑\u003c15%。重矿物除稳定组分外,一般尚含有稳定性差的组分,如十字石蓝晶石等。
岩屑质石英砂岩:岩屑的含量多于长石,一般为5~25%,而长石\u003c15%。岩屑多为抵抗风化能力较强的石英岩燧石和硅质岩等岩屑,重矿物也相应增加了不稳定组分。
长石岩屑质石英砂岩:这类砂岩是向长石砂岩和岩屑砂岩的过渡类型,其中石英含量已显著减少,为50~75%,长石和岩屑含量有所增加,但均不超过25%,成分较复杂。一般常与长石质石英砂岩和岩屑质石英砂岩共生。
工艺流程
目前国内石英砂岩选矿工艺主要有以下几种:
(1)手选 破碎 水碾 除铁
(2)破碎 磨矿 分级 浮选 除云母
(3)棒磨 筛破碎 分筛 分级泥 脱泥泥 中磁泥 脱泥泥 分
第一种工艺流程使用的筒车碾机,磨矿效率低,处理量小,由于对石英精砂质量要求高,价格也不断提高,该流程中没有除铁及分级工艺,所生产的产品已不能满足使用要求。工艺落后,产品质量不高及经济效益下降,被迫企业进行技术改造。
第二种工艺流程,虽然能满足质量要求,但因其选矿成本高,及对环境有污染,也不宜采用此工艺。
通过对国内多家石英砂岩选矿厂及石英砂选取矿厂的实地考察分析,结合企业的实际情况,此次技术发行我们拟用第三种工艺流程式,达到对石英精砂的质量要求。
破碎段使用粗碎颚式破碎机和反击式破碎机,二段开路破碎,具有选择性破碎的优点,能有效避免过粉碎,使破碎产品料度均匀。
采用控制、预先筛分与棒磨形成回路,预先筛分采用直线振动筛,能有效去除破碎产品中合格粒级含量为15——30%左右的合格级别,减少过粉粹的现象,并能提高棒磨机的处理能力,控制筛分采用高频细筛控制上限,分级采用水力分级机控制下限。而且,上限与下限进行工艺参数调整或不同规格型号设备更换,还可生产出根据市场及各行业需要生产不同级别的产品。
石英精砂由于害怕铁质污染,磨矿大多采用轮碾机,砾磨机或瓷球磨矿机等作为磨矿设备,它们虽然避免铁质污染,但其磨矿效率低,磨矿时间长,产量低,能耗高。在技术改造中我拟采用磨矿效率高的湿式棒磨机,既可提高磨矿效率,又能防止过粉碎,有利于后续选别作业,而棒磨过程中混入的机械铁则在以后的磁选作业中除去。
分级工艺
磨矿过程中混入的机械铁及矿物中的弱磁性矿物能否除去,是最终能否生产符合质量要求的产品的技术关键,而脱泥磁选工艺及设备的确定则决定了此工艺流程是否可行。半逆流型磁选机工作介于逆流和顺流之间,它兼有逆流型高回收率和顺流型高精砂品位的优点,其选别指标较好,而强磁选在选矿可选性试验中效果并不明显。
①采用湿式棒磨机取代轮碾机、砾磨机作石英砂岩的磨矿是可行的,其磨矿效率高,有利于后续选矿作业。
②采用预先、控制筛分与棒磨形成回路,提高了磨矿效率,减少了过粉碎,提高了产量,粒度均匀。
③选用脱泥斗及逆流型永磁筒式中磁选机作为除铁设备是可行的。
④此工艺简单,适宜性强。
参考资料
什么是石英砂岩?石英砂岩结构.中国装修网.2024-03-16
角岩化的灰岩及砂岩.上海矿山机械集团股份有限公司.2024-03-16
石英砂岩.地球科学与技术学院地质博物馆.2024-03-16
目录
概述
简介
构造
形成
地貌特征
砂岩装饰
选矿工艺
分类
工艺流程
分级工艺
参考资料